基因定位方法的總結與例析

馬成濤

(山東省濟寧市育才中學 濟寧 272000)

基因在染色體上的位置即進行基因定位是遺傳學的熱點命題。熟練掌握基因定位的方法，有助于學生更好地將學科知識應用于實踐。本文根據(jù)基因定位所依據(jù)的生物學原理進行分類例析。

1 利用自由組合定律進行基因定位

由于位于非同源染色體上的非等位基因的傳遞遵循自由組合定律，而位于同源染色體上的非等位基因的傳遞則遵循連鎖互換定律，因此可以根據(jù)非等位基因的傳遞是否遵循自由組合定律進行基因定位。

例1 (2017全國理綜Ⅲ卷32題)已知某種昆蟲的有眼(A)與無眼(a)、正常剛毛(B)與小剛毛(b)、正常翅(E)與斑翅(e)這三對相對性狀各受一對等位基因控制?，F(xiàn)有三個純合品系： ①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發(fā)生染色體變異和染色體交換，回答下列問題。

(1) 若A/a、 B/b、 E/e這三對等位基因都位于常染色體上，請以上述品系為材料，設計實驗來確定這三對等位基因是否分別位于三對染色體上。(要求： 寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論)

第(2)小題略。

解析： 本題考查利用自由組合定律對基因進行定位。由題意可知，A/a、 B/b、 E/e這三對等位基因都位于常染色體上，且每對基因控制一對性狀。根據(jù)自由組合定律，若任意兩對等位基因位于兩對同源染色體上，則兩對基因均為雜合子的個體自交，后代會出現(xiàn)9∶3∶3∶1的性狀分離比。讓①和②雜交,①和③雜交,②和③雜交,得到的F1分別自交,觀察F2的表現(xiàn)型及其比例。如果各雜交組合的F2中均出現(xiàn)4種表現(xiàn)型，且比例為9∶3∶3∶1，則說明這三對等位基因分別位于三對染色體上；如果出現(xiàn)其他結果，則說明這三對等位基因不是分別位于三對染色體上。

總結： 兩對等位基因在染色體的位置有以下三種情況(圖1)，其中只有圖1a所示的兩對基因符合自由組合定律。由此可以得出，如果已知其中一對等位基因所在的染色體位置，則可以通過雙雜合體自交或測交，判斷另一對等位基因是否在同一對同源染色體上。若自交子代比例為9∶3∶3∶1或測交子代為1∶1∶1∶1，則基因不在已知染色體上。

圖1 兩對等位基因在染色體的位置

2 利用伴性遺傳特點進行基因定位

伴性遺傳是指控制性狀的基因位于性染色體上，遺傳上總是和性別相關聯(lián)的現(xiàn)象。因此可以根據(jù)子代的性狀表現(xiàn)與性別是否相關進行基因定位。

例2 (2016年全國理綜Ⅰ卷32題)已知果蠅的灰體和黃體受一對等位基因控制，但這對相對性狀的顯隱性關系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學甲用一只灰體雌蠅與一只黃體雄蠅雜交，子代中♀灰體∶♀黃體∶♂灰體∶♂黃體為1∶1∶1∶1。同學乙用兩種不同的雜交實驗都證實了控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性。請根據(jù)上述結果，回答下列問題：

(1) 僅根據(jù)同學甲的實驗，能不能證明控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性？

(2) 請用同學甲得到的子代果蠅為材料設計兩個不同的實驗，這兩個實驗都能獨立證明同學乙的結論。(要求： 每個實驗只用一個雜交組合，并指出支持同學乙結論的預期實驗結果。)

解析： 本題考查如何利用伴性遺傳的特點進行基因定位。解題的切入點是伴X染色體隱性遺傳和常染色體隱性遺傳的區(qū)別。在同學甲得到的子代中，灰體和黃體的雌雄之比為1∶1，在常染色體隱性遺傳中也會出現(xiàn)這種比例，故無法證明。第二問中通過控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性可以判斷甲同學得到的子代中雌性灰體是雜合子，雌性黃體是純合子，而雄性個體只攜帶一條X染色體，相關基因只有一個，故可選擇雌性灰體與雄性灰體雜交，若子代中雌性全是灰體，雄性灰體和黃體各占一半，即說明該基因位于X染色體上；或選擇雌性黃體與雄性灰體雜交，若子代中雌性全是灰體，雄性全是黃體也說明該基因位于X染色體上。

總結： 在伴X染色體遺傳中，隱性雌×顯性雄(XbXb×XBY)與顯性雜合雌×顯性雄(XBXb×XBY)兩種雜交組合的子代可以明顯表現(xiàn)出性狀表現(xiàn)與性別相關現(xiàn)象。由于顯性雜合雌×顯性雄(XBXb×XBY)親本組合中無法根據(jù)性狀表現(xiàn)判斷雌性親本為純合子還是雜合子。所以一般選擇隱性雌×顯性雄(XbXb×XBY)雜交組合，通過觀察子代是否出現(xiàn)交叉遺傳的現(xiàn)象，即雌性子代性狀與父本相同，雄性子代性狀與母本相同，將基因定位于X染色體。

判斷基因僅位于X染色體還是X、 Y染色體的同源區(qū)段，同樣可以選擇隱性雌性與顯性雄性純合親本雜交，通過觀察子代的性狀表現(xiàn)情況來進行基因定位。

判斷基因位于常染色體還是X、 Y染色體的同源區(qū)段，若用隱性雌性與顯性雄性純合親本雜交，僅通過觀察F1性狀表現(xiàn)無法判斷基因的位置，可以繼續(xù)選擇F1雌雄個體互交或選擇F1顯性雄性個體與母本回交，通過觀察F2的性狀表現(xiàn)情況進行基因定位。

3 利用單體和三體進行基因定位

單體和三體分別是指二倍體生物中體細胞的某對同源染色體只有一條或有三條的個體。在進行減數(shù)分裂時，單體和三體所產(chǎn)生配子的種類及比例與正常二倍體存在差異。根據(jù)子代性狀的比例可以將基因進行定位。

3.1 單體定位 例3 已知果蠅正常肢對短肢為顯性性狀，由位于常染色體上的等位基因(A、 a)控制。科學家獲得一些Ⅳ號染色體單體果蠅(Ⅳ號同源染色體缺少1條)，現(xiàn)有純合正常肢且Ⅳ號染色體單體的果蠅與短肢果蠅，請設計實驗來確定這對等位基因是否位于Ⅳ號染色體上。(要求： 寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論。)

解析： 本題考查利用單體進行基因定位。將純合正常肢且Ⅳ號染色體單體的果蠅與短肢果蠅進行雜交，若基因不位于Ⅳ號染色體上，則雜交親本的基因型為AA和aa，子代基因型為Aa，全部表現(xiàn)為正常肢；若基因位于Ⅳ號染色體上，雜交親本的基因型為AO和aa，子代正常肢∶短肢=1∶1。

總結： 在單體不致死的情況下，將隱性純合體與某號染色體缺失1條的單體顯性純合體雜交，觀察子代的性狀表現(xiàn)及比例，若子代出現(xiàn)隱性性狀且顯、隱性之比為1∶1，則基因位于該號染色體上。

3.2 三體定位 例4 現(xiàn)有4種(2、6、7、10號)三體玉米，即第2、6、7、10號同源染色體分別多出一條。三體玉米減數(shù)分裂一般產(chǎn)生兩類配子： 一類是n+1型，即配子含有兩條該同源染色體；一類是n型，即配子含有一條該同源染色體。已知玉米抗病(B)對感病(b)為顯性，現(xiàn)以上述4種三體且純合抗病的玉米分別與感病普通玉米雜交，從F1中選出三體植株后再分別與感病普通玉米進行雜交，請預測實驗結果并確定等位基因(B、 b)位于幾號染色體上。

解析： 本題考查利用三體進行基因定位。若等位基因(B、 b)位于三體染色體上，則三體親本的基因型是BBB, F1三體的基因型為BBb，其產(chǎn)生的配子種類及比例為B∶Bb∶BB∶b=2∶2∶1∶1，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例為抗病∶感病=5∶1。若等位基因(B、 b)不位于三體染色體上，則三體親本的基因型是BB, F1三體的基因型為Bb, F2的表現(xiàn)型及比例為抗病∶感病=1∶1。

總結： 在正常產(chǎn)生配子的情況下，將某號染色體三體的雜合個體與正常隱性個體進行測交或自交，觀察子代的性狀表現(xiàn)及比例，若子代顯隱性之比不是1∶1或3∶1，則可認為該基因位于該號染色體上；若比例是1∶1或3∶1則可認為該基因不在該號染色體上。

總之，基因定位是遺傳學研究的一個基本環(huán)節(jié)，也是高中生物學遺傳分析和計算要解決的核心問題。通過對基因定位方法的總結分析可以幫助學生充分理解減數(shù)分裂的過程與遺傳規(guī)律的實質。